JP7582241B2 - 二次電池の制御装置、および、二次電池の満充電容量推定方法 - Google Patents

Description

本開示は、二次電池の制御装置、および、二次電池の満充電容量推定方法に関する。

特開２０１４－１８１９２４号公報（特許文献１）では、充電可能な電池（二次電池）の満充電容量を、ＳＯＣ（State Of Charge：蓄電率）－ＯＣＶ（Open Circuit Voltage：開放端電圧）特性を用いて推定している。特許文献１では、充電終了後の分極の影響を排除して満充電容量を推定するため、充電分極の解消後に、二次電池の満充電容量を推定している。

特開２０１４－１８１９２４号公報

リン酸鉄系（ＬＰＦ系）のリチウムイオン電池において、ＳＯＣ－ＯＣＶ特性に、ＳＯＣに対するＯＣＶの変化率が所定値以下であるフラット領域が存在する。これは、リチウムイオンが負極材のグラファイトの層間に入り、ある特定の層ごとにリチウムイオンを規則的に吸蔵するステージ構造を形成するためであると考えられる。蓄電量の変化に伴いステージ構造も変化（ステージ変化）するが、ステージ構造が同じ場合には、蓄電量が変化しても電極電位はほとんど変化せずフラット領域が発生し、ステージ変化時に電極電位が急峻に変化する。

二次電池が、ＳＯＣに対するＯＣＶの変化率が所定値以下であるフラット領域を有するＳＯＣ－ＯＣＶ特性を有する場合にあっては、当該フラット領域において、ＳＯＣの増加量に対するＯＣＶの増加量の比率が非常に小さい。このため、ＳＯＣ－ＯＣＶ特性にフラット領域を有する二次電池では、ＳＯＣ－ＯＣＶ特性を用いてＳＯＣを算出しても、その算出精度が低い。このため、ＳＯＣ－ＯＣＶ特性を用いて、満充電容量を推定しても。その算出精度が低くなる。

本開示の目的は、二次電池が、ＳＯＣに対するＯＣＶの変化率が所定値以下であるフラット領域を有するＳＯＣ－ＯＣＶ特性を有する場合であっても、満充電容量を精度よく算出可能にすることである。

本開示の二次電池の制御装置は、蓄電率に対する開放端電圧の変化率が所定値以下であるフラット領域を有するＳＯＣ－ＯＣＶ特性を有する二次電池の制御装置である。二次電池の使用態様は、二次電池に蓄えられた電力を消費する消費モードと二次電池を充電する充電モードを含む。制御装置は、二次電池の使用態様が消費モードのとき、二次電池の電圧変化が急峻になるステージ変化の発生を検出するステージ変化検出部と、二次電池のステージ変化時における蓄電量を記憶する記憶部と、ステージ変化検出部でステージ変化を検出した時点から消費モードが終了するまでの間、二次電池から放電される電流を積算する放電電流積算部と、充電モードにおいて、二次電池の充電開始時から二次電池が満充電になるまでの間、二次電池に充電される電流を積算する充電電流積算部と、記憶部に記憶された蓄電量、放電電流積算部で積算された放電電流積算量、および、充電電流積算部で積算された充電電流積算量に基づいて、二次電池の満充電容量を算出する満充電容量算出部と、を備える。

この構成によれば、蓄電率に対する開放端電圧の変化率が所定値以下であるフラット領域を有するＳＯＣ－ＯＣＶ特性を有する二次電池の使用態様は、二次電池に蓄えられた電力を消費する消費モードと蓄電装置を充電する充電モードを含む。制御装置のステージ変化検出部は、二次電池の使用態様が消費モードのとき、二次電池の電圧変化が急峻になるステージ変化の発生を検出する。記憶部は、二次電池のステージ変化時における蓄電量を記憶している。放電電流積算部は、ステージ変化検出部でステージ変化を検出した時点から消費モードが終了するまでの間、二次電池から放電される電流を積算する。充電電流積算部は、充電モードにおいて、二次電池の充電開始時から二次電池が満充電になるまでの間、二次電池に充電される電流を積算する。満充電容量算出部は、充電電流積算部と、記憶部に記憶された蓄電量、放電電流積算部で積算された放電電流積算量、および、充電電流積算部で積算された充電電流積算量に基づいて、満充電容量を算出する。

フラット領域を有するＳＯＣ－ＯＣＶ特性を有する二次電池では、蓄電量の変化に伴い二次電池の電圧（開放端電圧）が急峻に変化する領域が存在する。本開示では、フラット領域において、蓄電量の変化に伴い二次電池の電圧が急峻に変化する（二次電池の電圧変化が急峻になる）ことを、ステージ変化と称する。フラット領域を有するＳＯＣ－ＯＣＶ特性を有する二次電池において、ステージ変化が発生するときの蓄電量［Ａｈ］は、二次電池の劣化状態にかかわらず、ほぼ同じ値である。満充電容量算出部は、記憶部に記憶された蓄電量（ステージ変化が発生したときの蓄電量）を基準として、放電電流積算量および充電電流積算量を用いて満充電容量を算出するので、二次電池の満充電容量を精度よく算出することができる。

好ましくは、記憶部に記憶された蓄電量をＸ［Ａｈ］、放電電流積算部で積算された放電電流積算量をＺ［Ａｈ］、充電電流積算部で積算された充電電流積算量をＹ［Ａｈ」としたとき、満充電容量算出部は、満充電容量Ｃ［Ａｈ］を「Ｃ＝Ｙ－Ｚ＋Ｘ」として算出するようにしてもよい。

この構成によれば、蓄電量、放電電流積算量、および、充電電流積算量を用いて、直接、満充電容量を算出することができる。

本開示の二次電池の満充電容量推定方法は、蓄電率に対する開放端電圧の変化率が所定値以下であるフラット領域を有するＳＯＣ－ＯＣＶ特性を有する二次電池の満充電容量推定方法である。二次電池の使用態様は、二次電池に蓄えられた電力を消費する消費モードと二次電池を充電する充電モードを含む。満充電容量推定方法は、消費モードのとき、二次電池の電圧変化が急峻になるステージ変化が発生したときから消費モードが終了するまでの間に二次電池から放電される電流の積算値である放電電流積算量を取得するステップと、充電モードにおいて、二次電池の充電を開始したときから二次電池が満充電になるまでの間に二次電池に充電される電流の積算値である充電電流積算量を取得するステップと、ステージ変化が発生したときの二次電池の蓄電量と放電電流積算量と充電電流積算量とに基づいて、二次電池の満充電容量を算出するステップとを含む。

この方法によれば、フラット領域を有するＳＯＣ－ＯＣＶ特性を有する二次電池において、ステージ変化が発生するときの蓄電量［Ａｈ］は、二次電池の劣化状態にかかわらずほぼ同じ値であるので、蓄電量（ステージ変化が発生したときの蓄電量）を基準として、放電電流積算量および充電電流積算量を用いて満充電容量を算出することにより、二次電池の満充電容量を精度よく算出することができる。

本開示によれば、二次電池が、蓄電率（ＳＯＣ）に対する開放端電圧（ＯＣＶ）の変化率が所定値以下であるフラット領域を有するＳＯＣ－ＯＣＶ特性を有する場合であっても、満充電容量を精度よく算出できる。

本実施の形態に係る電動車両の概略構成を説明する図である。 本実施の形態に係るバッテリのＳＯＣ－ＯＣＶ特性の一例を示す図である。 本実施の形態に係るバッテリのＯＣＶと蓄電量の関係の一例を示す図である。 本実施の形態に係るバッテリの充放電特性の一例を示す図である。 制御装置に構成された機能ブロックを説明する図である。 本実施の形態の作用を説明する図である。 制御装置で実行される放電電流積算量算出処理の概略を示すフローチャートである。 制御装置で実行される満充電容量推定処理の概略を示すフローチャートである。

以下、本開示の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

図１は、本実施の形態に係る電動車両１００の概略構成を説明する図である。本実施の形態においては、電動車両１００が電気自動車（ＢＥＶ：Battery Electric Vehicle）である例について説明するが、電動車両１００はＢＥＶであることに限られるものではなく、たとえば、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ：Plug-in Hybrid Electric Vehicle）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicle）、燃料電池自動車（ＦＣＥＶ：Fuel Cell Electric Vehicle）などであってもよい。

図１を参照して、電動車両１００は、バッテリパック２０と、昇圧コンバータ２２と、インバータ２３と、モータジェネレータ２５と、伝達ギヤ２６と、駆動輪２７と、制御装置３０と、表示部５０とを備える。

バッテリパック２０は、電動車両１００の駆動電源（すなわち動力源）として電動車両１００に搭載される。バッテリパック２０は、複数の単電池（セル）１１を積層したスタックを直列に接続したバッテリ（電池モジュール）１０によって構成される。セル１１は、再充電可能な、たとえばリン酸鉄系リチウムイオン電池（ＬＦＰ電池）によって構成されている。なお、本実施の形態では、スタックを直列に接続しているが、並列にスタックを接続したバッテリ１０であってもよい。バッテリ１０、セル１１、および、スタックが、本開示の「二次電池」の一例に相当する。

バッテリパック２０には、さらに、電流センサ１５、温度センサ１６、電圧センサ１７、および電池監視ユニット１８が配置される。電池監視ユニット１８は、たとえば、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）によって構成される。以下では、電池監視ユニット１８を「監視ＥＣＵ１８」とも称する。

電流センサ１５は、バッテリ１０の入出力電流（以下、「電池電流Ｉｂ」とも称する）を検出する。以下では、電池電流Ｉｂに関して、放電電流を正の値とし、充電電流を負の値として表すこととする。

温度センサ１６は、バッテリ１０の温度（以下、「電池温度Ｔｂ」とも称する）を検出する。なお、温度センサ１６は、複数個配置してもよい。この場合には、複数の温度センサ１６による検出温度の加重平均値、最高値、または最低値を電池温度Ｔｂとして用いたり、特定の温度センサ１６による検出温度を電池温度Ｔｂとして用いたりすることができる。電圧センサ１７は、バッテリ１０（セル１１）の端子間電圧（以下、「電池電圧Ｖｂ」とも称する）を検出する。

監視ＥＣＵ１８は、電流センサ１５、温度センサ１６、および電圧センサ１７の検出値を受ける。監視ＥＣＵ１８は、電池電圧Ｖｂ、電池電流Ｉｂ、および電池温度Ｔｂを制御装置３０へ出力する。あるいは、監視ＥＣＵ１８は、内蔵されたメモリ（図示せず）に、電池電圧Ｖｂ、電池電流Ｉｂ、および電池温度Ｔｂのデータを記憶可能である。

さらに、監視ＥＣＵ１８は、電池電圧Ｖｂ、電池電流Ｉｂ、および電池温度Ｔｂの少なくとも一部を用いて、バッテリ１０の蓄電率（充電率）（ＳＯＣ）を算出する機能を有する。なお、ＳＯＣの算出機能は、後述する制御装置３０に持たせることも可能である。この場合には、制御装置３０にＳＯＣを算出する推定部が設けられる。

なお、以下においては、電池電圧Ｖｂ、電池電流Ｉｂ、電池温度Ｔｂ、ＳＯＣ等のバッテリ１０に関するデータを総称して「測定データ」とも称する。

バッテリ１０は、システムメインリレー２１ａ、２１ｂを経由して昇圧コンバータ２２に接続される。昇圧コンバータ２２は、バッテリ１０の出力電圧を昇圧する。昇圧コンバータ２２は、インバータ２３と接続されており、インバータ２３は、昇圧コンバータ２２からの直流電力を交流電力に変換する。

モータジェネレータ（三相交流モータ）２５は、インバータ２３からの交流電力を受けることにより、電動車両１００を走行させるための運動エネルギーを生成する。モータジェネレータ２５によって生成された運動エネルギーは、駆動輪２７に伝達される。一方で、電動車両１００を減速させるときや、電動車両１００を停止させるとき、モータジェネレータ２５は、電動車両１００の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する。モータジェネレータ２５で生成された交流電力は、インバータ２３によって直流電力に変換され、昇圧コンバータ２２を通じてバッテリ１０に供給される。これにより、回生電力をバッテリ１０に蓄えることができる。このように、モータジェネレータ２５は、バッテリ１０との間での電力の授受（すなわち、バッテリ１０の充放電）を伴って、車両の駆動力または制動力を発生するように構成される。

なお、昇圧コンバータ２２は、省略することができる。また、モータジェネレータ２５として直流モータを用いるときには、インバータ２３を省略することができる。

なお、動力源としてエンジンがさらに搭載されたＰＨＥＶとして電動車両１００が構成される場合には、モータジェネレータ２５の出力に加えて、エンジンの出力を走行のための駆動力に用いることができる。また、エンジン出力によって発電するモータジェネレータを用いて、エンジン出力によってバッテリ１０の充電電力を発生させることも可能である。

電動車両１００は、外部電源４０によってバッテリ１０を充電するための外部充電機能を具備するように構成される。電動車両１００は、充電器２８および充電リレー２９ａ、２９ｂを備える。本開示において、外部電源４０を用いたバッテリ１０の充電を「外部充電」と称する。

外部電源４０は、車両の外部に設けられた電源であり、外部電源４０としては、たとえば商用電源である。充電器２８は、外部電源４０からの電力をバッテリ１０の充電電力に変換する。充電器２８は、充電リレー２９ａ、２９ｂを経由してバッテリ１０に接続されている。充電リレー２９ａ、２９ｂがオンであるとき、外部電源４０からの電力によってバッテリ１０を充電することができる。

外部電源４０および充電器２８は、たとえば、充電ケーブル４５によって接続可能である。すなわち、充電ケーブル４５の装着時に、外部電源４０および充電器２８が電気的に接続されることにより、外部電源４０を用いてバッテリ１０を充電することができる。あるいは、外部電源４０および充電器２８の間で、非接触に電力が伝送されるように電動車両１００が構成されてもよい。たとえば、外部電源側の送電コイル（図示せず）および電動車両側の受電コイル（図示せず）を経由して、電力を伝送することによって、外部電源４０によりバッテリ１０を充電することができる。

外部電源４０から交流電力が供給される場合には、充電器２８は、外部電源４０からの供給電力（交流電力）を、バッテリ１０の充電電力（直流電力）に変換する機能を有するように構成される。外部電源４０が直流電源である場合には、充電器２８は、外部電源４０からの直流電力の大きさを調整しバッテリ１０へ供給する。電動車両１００の外部充電の態様については特に限定されるものではない。

制御装置３０は、たとえば電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって構成され、制御部３１、記憶部３２、ステージ変化検出部３３、放電電流積算部３４、充電電流積算部３５、満充電容量算出部３６を含む。制御部３１は、昇圧コンバータ２２、およびインバータ２３等の各種装置の動作を制御する。

記憶部３２には、制御部３１、ステージ変化検出部３３、等を動作させるためのプログラムや各種データが記憶される。なお、記憶部３２については、制御部３１等によるデータの読出および書込を可能として、制御装置３０の外部に設けることも可能である。なお、ステージ変化検出部３３、放電電流積算部３４、充電電流積算部３５、および、満充電容量算出部３６の詳細に関しては、後述する。

制御装置３０の制御部３１は、図示しない、アクセル開度センサ、車速センサ等の各種センサ等の信号を受け、各種の演算を行い、システムメインリレー２１ａ、２１ｂ、昇圧コンバータ２２、およびインバータ２３等の動作を制御する。制御部３１は、スタートスイッチ（パワースイッチ）がオフからオンに切り替わると、システムメインリレー２１ａ、２１ｂをオフからオンに切り替えたり、昇圧コンバータ２２およびインバータ２３を動作させたりする。制御装置３０は、スタートスイッチがオンからオフに切り替わると、システムメインリレー２１ａ、２１ｂをオンからオフに切り替えたり、昇圧コンバータ２２やインバータ２３の動作を停止させたりする。制御部３１は、外部充電が行われるとき、充電器２８、充電リレー２９ａ、２９ｂを制御する。

表示部５０は、制御装置３０からの制御指令に応じて、電動車両１００のユーザに対して所定の情報を表示するように構成される。表示部５０は、たとえば、液晶パネルを用いたタッチパネルディスプレイ等によって構成することができる。

図２は、本実施の形態に係るバッテリ１０（セル１１）のＳＯＣ－ＯＣＶ特性の一例を示す図である。バッテリ１０（セル１１）として、たとえば、リン酸鉄系リチウムイオン電池が採用される場合には、図２に示すように、ＳＯＣ－ＯＣＶ特性は、ＳＯＣに対するＯＣＶの変化率が所定値よりも小さいフラット領域を有する。ＳＯＣは、バッテリ１０の満充電容量に対する現在の蓄電量を百分率で示したものである。フラット領域においては、ＳＯＣに対するＯＣＶの変化率は、０．２ｍＶ／％程度である。

このため、ＳＯＣ－ＯＣＶ特性にフラット領域が有するバッテリ（セル）において、ＳＯＣ－ＯＣＶ特性を用いてＳＯＣを算出しても、その算出精度が低い。したがって、特許文献１で開示されるように、ＳＯＣ－ＯＣＶ特性を用いてＳＯＣを求め、このＳＯＣを用いて満充電容量を算出しても、ＳＯＣ－ＯＣＶ特性にフラット領域が有するバッテリ（セル）の満充電容量を精度よく算出できない。

本実施の形態のＳＯＣ－ＯＣＶ特性では、図２に示すように、フラット領域が３個のステージに別れている。蓄電量の変化に伴いステージ構造も変化（ステージ変化）するが、ステージ構造が同じ場合には、蓄電量が変化しても電極電位はほとんど変化しないため、フラット領域が発生する。そして、ステージ変化時に電極電位が急峻に変化するため、ＯＣＶが急峻に変化し（ＯＣＶの変化率が所定値より大きくなり）、フラット領域からフラット領域に至るステージ変化が発生する。本実施の形態では、図２に示すように、２箇所においてステージ変化が発生している。本開示において、「ステージ変化」とは、ＳＯＣ－ＯＣＶ特性において、ＯＣＶが急峻に変化し（ＯＣＶの変化率が所定値より大きくなり）、フラット領域から隣接するフラット領域に至ることをいう。

図３は、本実施の形態に係るバッテリ１０（セル１１）のＯＣＶと蓄電量の関係の一例を示す図である。図３において、縦軸はＯＣＶであり、横軸は蓄電量［Ａｈ］である。図３において、実線は、バッテリ１０（セル１１）の新品時における、ＯＣＶと蓄電量の関係を示しており、破線は、バッテリ１０が劣化した場合の関係を示している。図３に示すように、バッテリ１０が劣化して満充電時の蓄電量（満充電容量）が低下しても、ステージ変化時における蓄電量は変化せず、新品時と劣化時において、ほぼ同じ値になる。

本実施の形態では、バッテリ１０が劣化しても、ステージ変化時における蓄電量はほぼ同じ値であることに着目し、ステージ変化が発生したときの蓄電量を基準として、バッテリ１０の満充電容量を精度よく算出する。

図４は、本実施の形態に係るバッテリ１０（セル１１）の充放電特性の一例を示す図である。図４において、縦軸は電池電圧Ｖｂであり、横軸はＳＯＣである。図４において、実線はバッテリ１０のＳＯＣ－ＯＣＶ特性であり、一点鎖線は、大きな電流（たとえば、充電レート：２Ｃ）で充電した場合の充電特性（充電曲線）であり、二点鎖線は、大きな電流（たとえば、放電レート：２Ｃ）で放電した場合の放電特性（放電曲線）を示している。図４に示すように、充放電電流が大きい場合、ステージ変化時に電池電圧Ｖｂの急峻な変化が現れない場合がある。

本実施の形態では、電動車両１００の走行時にはバッテリ１０の放電レートが比較的小さくなる走行状態（たとえば、定常走行時等）の頻度が高いことを利用して、バッテリ１０のステージ変化を検出する。

図５は、制御装置３０に構成された機能ブロックを説明する図である。制御部３１は、上記のように、各種センサからの信号、監視ＥＣＵ１８から測定データを用いて所定の演算を実行しインバータ２３や充電器２８等を制御して、電動車両１００の走行状態や外部充電の制御を行う。

電動車両１００はＢＥＶであり、制動時や降坂走行時には回生電力によってバッテリ１０が充電されるが、回生電力は走行時に消費する電力に比べて少ない。このため、電動車両１００の走行時には、バッテリ１０のＳＯＣが低下する。電動車両１００の走行時は、本開示における、「二次電池に蓄えらら電力を消費する消費モード」の一例に相当する。なお、本開示において、電動車両１００の走行時とは、スタートスイッチ（パワースイッチ）がオンされてからオフされるまでの間であり、電動車両１００が走行可能な状態である。

記憶部３２には、バッテリ１０（セル１１）のステージ変化時における蓄電量Ｘ［Ａｈ］が記憶されている。本実施の形態のバッテリ１０（セル１１）には、図３に示すように、２箇所においてステージ変化が発生している。本実施の形態では、蓄電量が大きい（ＳＯＣが大きい）方のステージ変化時の蓄電量Ｘを、記憶部３２に格納している。なお、ステージ変化時の蓄電量Ｘは、予め実験やシミュレーションによって求められ、記憶部３２に記憶される。

ステージ変化検出部３３は、電動車両１００の走行時、バッテリ１０の電圧変化が急峻になるステージ変化の発生を検出する。本実施の形態では、蓄電量が大きい（ＳＯＣが大きい）方のステージ変化の発生を検出する。たとえば、図３（図２）において、蓄電量が大きい（ＳＯＣが大きい）方のステージ変化が、ＳＯＣが５０％以上の領域で発生し、蓄電量が小さい（ＳＯＣが小さい）方のステージ変化が、ＳＯＣが５０％未満の領域で発生する場合、ステージ変化検出部３３は、電動車両１００の走行時、電池電圧Ｖｂの微分値ΔＶｂとＳＯＣを監視する。そして、ＳＯＣが５０％の領域において微分値ΔＶｂが所定値α以上になったとき、ステージ変化の発生を検出し、放電電流積算部３４へ、ステージ変化の検出信号を出力する。

放電電流積算部３４は、ステージ変化検出部３３から、ステージ変化の検出信号を受信すると、電池電流Ｉｂを用いて、バッテリ１０からの放電電流の積算を開始する。電池電流Ｉｂは、放電電流が正の値であり、充電電流が負の値であるので、放電電流の積算値である放電電流積算量Ｚ［Ａｈ］は、回生電力によってバッテリ１０が充電されるときには減少するが、ＳＯＣの低下に伴い増加する。放電電流積算部３４は、制御部３１から、スタートスイッチがオフされ電動車両１００の走行が終了したことの通知を受けると、バッテリ１０からの放電電流の積算を終了し、放電電流積算量Ｚ［Ａｈ］を記憶部３２に記憶する。放電電流積算量Ｚ［Ａｈ］は、ステージ変化検出部３３で前記ステージ変化を検出した時点から、電動車両１００の走行が終了するまで（消費モードが終了するまで）の間に、バッテリ１０から放電された蓄電量［Ａｈ］である。

制御部３１は、充電ケーブル４５が接続され外部充電を開始すると、充電電流積算部３５へ、外部充電の開始を通知する。充電電流積算部３５は、バッテリ１０の外部充電が開始されると、電池電流Ｉｂを用いて、バッテリ１０への充電電流の積算を開始する。充電電流積算部３５は、バッテリ１０が満充電になり外部充電が終了すると、充電電流の積算を終了し、充電電流の積算値である充電電流積算量Ｙ［Ａｈ］を記憶部３２に記憶する。なお、電池電流Ｉｂは、充電電流であるので負の値をとるが、充電電流積算量Ｙ［Ａｈ］は、符号を反転し正の値として記憶される。制御部３１は、電池電圧Ｖｂが満充電に対応する値になったとき、充電リレー２９ａ、２９ｂをオフ（開放）し充電器２８の作動を停止するとともに、外部充電の終了を充電電流積算部３５に通知する。なお、制御部３１は、バッテリ１０のＳＯＣが満充電を示す値（たとえば、９０％）になったとき、外部充電を終了するようにしてもよい。満充電に対応する電池電圧Ｖｂの値、および、満充電を示すＳＯＣの値は、バッテリ１０（セル１１）の満充電付近において、電池電圧Ｖｂ／ＯＣＶが立ち上がった（急激に大きくなった）以降の値が好ましい。

満充電容量算出部３６は、バッテリ１０（セル１１）の満充電容量Ｃを算出する。満充電容量算出部３６は、記憶部３２から、ステージ変化時における蓄電量Ｘ［Ａｈ］、放電電流積算量Ｚ［Ａｈ］、充電電流積算量Ｙ［Ａｈ］を読み出す。そして、満充電容量算出部３６は、満充電容量Ｃ［Ａｈ」を「Ｃ＝Ｙ－Ｚ＋Ｘ」として算出する。満充電容量Ｃは、バッテリ１０（セル１１）の満充電時における蓄電量［Ａｈ］である。

図６は、本実施の形態の作用を説明する図である。図６を参照して、電動車両１００のスタートスイッチ（パワースイッチ）がオンになり、走行を開始すると、バッテリ１０の蓄電量／ＳＯＣが減少する（バッテリ１０の使用態様が消費モードになる）。バッテリ１０の蓄電量／ＳＯＣが低下して行く際に、ＳＯＣが５０％以上の領域において、電池電圧Ｖｂの変化が急峻になり微分値ΔＶｂが所定値以上であるステージ変化が発生すると、ステージ変化検出部３３でステージ変化の発生を検出する。

放電電流積算部３４は、ステージ変化が検出された時点から、スタートスイッチ（パワースイッチ）がオフされて、電動車両１００の走行が終了するまで（消費モードが終了するまで）の間、電池電流Ｉｂを用いて、バッテリ１０から放電される放電電流を積算する。そして、放電電流積算部３４は、放電電流の積算値である放電電流積算量Ｚ［Ａｈ］を、記憶部３２に格納する。

充電電流積算部３５は、外部充電が開始されると、電池電流Ｉｂを用いて、バッテリ１０に充電される充電電流の積算を開始する。充電電流積算部３５は、バッテリ１０が満充電になり外部充電が終了すると、充電電流の積算を終了する。そして、充電電流積算部３５は、充電電流の積算値である充電電流積算量Ｙ［Ａｈ］を、記憶部３２に格納する。

満充電容量算出部３６は、記憶部３２から、ステージ変化時における蓄電量Ｘ［Ａｈ］、放電電流積算量Ｚ［Ａｈ］、充電電流積算量Ｙ［Ａｈ］を読み出し、満充電容量Ｃ［Ａｈ」を「Ｃ＝Ｙ－Ｚ＋Ｘ」として算出する。ステージ変化時における蓄電量Ｘ［Ａｈ］は、バッテリ１０の新品時と劣化時において、ほぼ同じ値である。したがって、ステージ変化が発生したときの蓄電量Ｘ［Ａｈ］を基準として、放電電流積算量Ｚ［Ａｈ］および充電電流積算量Ｙ［Ａｈ］を用い、「Ｃ＝Ｙ－Ｚ＋Ｘ」として算出した満充電容量Ｃ［Ａｈ」は、バッテリ１０（セル１１）の満充電容量を精度よく表している。

ステージ変化検出部３３は、電動車両１００の走行時にステージ変化の発生を検出している。電動車両１００の走行時は、比較的、放電電流が小さい（Ｃレートが小さい）状態の頻度が高いので、ステージ変化の発生を確実に検出できる。

本実施の形態において、制御装置３０で処理される制御の概略について説明する。図７は、制御装置３０で実行される放電電流積算量算出処理の概略を示すフローチャートである。このフローチャートは、電動車両１００のスタートスイッチ（パワースイッチ）がオンされているとき、所定期間毎に繰り返し処理される。まず、ステップ（以下、ステップを「Ｓ」と略す）１０において、電圧センサ１７で検出した電池電圧Ｖｂの微分値ΔＶｂが所定値α以上であるか否かを判定する。所定値αは、ステージ変化が発生しているか否かを判定する閾値であり、予め実験等で設定される。ステージ変化が発生すると、微分値ΔＶｂが所定値α以上になり、Ｓ１０で肯定判定されＳ１１へ進む。微分値ΔＶｂが所定値α未満であれば、ステージ変化は発生していないので、否定判定されＳ１６へ進む。

Ｓ１１では、ＳＯＣが５０％以上であるか否かを判定し、ＳＯＣが５０％以上の場合、肯定判定されＳ１２へ進み、ＳＯＣが５０％未満であれば、否定判定されＳ１６へ進む。

Ｓ１２では、Ｓ１０およびＳ１１で肯定判定され、蓄電量が大きい（ＳＯＣが大きい）方のステージ変化を検出したので、電池電流Ｉｂを積算することにより放電電流を積算する。そして、Ｓ１３へ進み、スタートスイッチ（パワースイッチ）がオフされたか否かを判定する。Ｓ１３において、スタートスイッチがオフされていない場合は、Ｓ１２に戻り、電池電流Ｉｂを用いて放電電流の積算を継続する。スタートスイッチがオフになると、Ｓ１３において肯定判定され、Ｓ１４へ進む。

Ｓ１４では、Ｓ１２で積算された放電電流を放電電流積算量Ｚ［Ａｈ］として、記憶部３２に記憶し、Ｓ１５に進む。Ｓ１５では、フラグＦを１に設定したあと、今回のルーチンを終了する。

Ｓ１０あるいはＳ１１で否定判定され、Ｓ１６に進むと、フラグＦを０に設定したあと、今回のルーチンを終了する。

図８は、制御装置３０で実行される満充電容量推定処理の概略を示すフローチャートである。このフローチャートは、充電ケーブル４５が接続され外部充電を開始すると実行される。ステップＳ２０では、フラグＦが１であるか否かを判定する。フラグＦが１とき、肯定判定されＳ２０へ進む。フラグＦが０の場合、否定判定され、今回のルーチンを終了する。

Ｓ２１では、電池電流Ｉｂを積算することにより、充電電流を積算する。そして、Ｓ２２へ進み、バッテリ１０が満充電になり、外部充電が終了したか否かを判定する。外部充電が終了していない場合には、否定判定されＳ２１へ戻り、電池電流Ｉｂを用いて充電電流の積算を継続する。外部充電が終了すると、Ｓ２２で肯定判定されＳ２３へ進む。

Ｓ２３では、Ｓ２２で積算された充電電流を充電電流積算量Ｙ［Ａｈ］として、記憶部３２に記憶し、Ｓ２４へ進む。Ｓ２４では、フラグＦを０にしたあと、Ｓ２５へ進む。

Ｓ２５では、記憶部３２から、ステージ変化時における蓄電量Ｘ［Ａｈ］、放電電流積算量Ｚ［Ａｈ］、充電電流積算量Ｙ［Ａｈ］を読み出し、満充電容量Ｃ［Ａｈ」を「Ｃ＝Ｙ－Ｚ＋Ｘ」として算出したあと、今回のルーチンを終了する。

上記の実施の形態では、蓄電量が大きい（ＳＯＣが大きい）方のステージ変化の発生を検出していたが、蓄電量が小さい（ＳＯＣが小さい）方のステージ変化の発生を検出し、このステージ変化時の蓄電量（図３において、Ｘ１［Ａｈ］）を基準として、満充電容量Ｃを算出するようにしてもよい。

上記の実施の形態では、外部充電時の充電電流積算量Ｙ［Ａｈ］を求めていた。しかし、電動車両としてＰＨＥＶを用いた場合、ＰＨＥＶの走行時に、ＳＯＣが下限値に達したあと、バッテリが満充電になるまで強制充電を行い、その強制充電における電池電流Ｉｂを積算することにより充電電流積算量Ｙ［Ａｈ］を算出するようにしてもよい。

上記の実施の形態では、ステージ変化検出部３３は、電動車両１００の走行時に、バッテリ１０の電圧変化が急峻になるステージ変化の発生を検出していた。バッテリ１０の電力を補機バッテリの充電用電力として使用する構成や、バッテリ１０の電力を用いて電動エアコン等の補機負荷を駆動する構成の場合には、ステージ変化検出部３３は、これらの補機類へバッテリ１０から放電が行われているときに、バッテリ１０の電圧変化が急峻になるステージ変化の発生を検出してもよい。この場合、放電電流積算部３４は、これら補機への放電電流を積算する。

電動車両１００が、充電器２８に代えて、あるいは、加えて充放電器を備え、バッテリ１０から家庭用負荷や電力系統へ放電可能である場合、ステージ変化検出部３３は、家庭用負荷へ放電が行われているとき、あるいは、電力系統へ放電（逆潮流）が行われているときに、バッテリ１０の電圧変化が急峻になるステージ変化の発生を検出してもよい。この場合、放電電流積算部３４は、家庭用負荷、電力系統への放電電流を積算する。

上記の実施の形態では、ステージ変化検出部３３は、電池電圧Ｖｂの微分値ΔＶｂが所定値α以上になったとき、ステージ変化の発生を検出し、放電電流積算部３４へ、ステージ変化の検出信号を出力していた。しかし、ステージ変化の発生の検出は、この方法に限られない。たとえば、バッテリ１０の温度や劣化度等の各種条件下におけるステージ変化の発生時の電池電圧をマップ等に記憶しておき、このマップを用いてステージ変化の発生を検出するようにしてもよい。

本開示における実施態様を例示すると、次のような態様を例示できる。

１）蓄電率に対する開放端電圧の変化率が所定値以下であるフラット領域を有するＳＯＣ－ＯＣＶ特性を有する二次電池（１０）の制御装置であって、二次電池（１０）の使用態様は、二次電池（１０）に蓄えられた電力を消費する消費モードと二次電池（１０）を充電する充電モードを含み、制御装置（３０）は、二次電池（１０）の使用態様が消費モードのとき、二次電池（１０）の電圧変化が急峻になるステージ変化の発生を検出するステージ変化検出部（３３）と、二次電池（１０）のステージ変化時における蓄電量Ｘを記憶する記憶部（３２）と、ステージ変化検出部（３３）でステージ変化を検出した時点から消費モードが終了するまでの間、二次電池（１０）から放電される電流を積算する放電電流積算部（３４）と、充電モードにおいて、二次電池（１０）の充電開始時から二次電池（１０）が満充電になるまでの間、二次電池（１０）に充電される電流を積算する充電電流積算部（３５）と、記憶部（３２）に記憶された蓄電量Ｘ、放電電流積算部（３４）で積算された放電電流積算量Ｚ、および、充電電流積算部（３５）で積算された充電電流積算量Ｙに基づいて、二次電池（１０）の満充電容量Ｃを算出する満充電容量算出部（３６）と、を備える。

２）上記１において、二次電池（１０）は、電動車両（１００）に搭載された動力源であり、消費モードは、二次電池（１０）の電力を使用した電動車両（１００）の走行時であり、充電モードは、二次電池（１０）の外部充電を行っているときである。

二次電池のステージ変化（蓄電量の変化に伴う二次電池の急峻な電圧変化）は、充放電電流が大きい場合、顕著な傾向を示さない。この構成では、電動車両の走行時（消費モード）において、ステージ変化検出部がステージ変化の発生を検出する。電動車両の走行時は、比較的、放電電流が小さい（Ｃレートが小さい）状態の頻度が高いので、ステージ変化検出部でステージ変化の発生を、確実に検出できる。なお、二次電池の電力を補機バッテリの充電用電力として使用する構成の場合、あるいは、二次電池の電力を用いて電動エアコン等の補機負荷の駆動を行う構成の場合、電動車両の走行時とは、これら補機類で電力消費を行う状態を含む。

３）上記１または２において、ステージ変化検出部（３３）は、二次電池（１０）の電圧の微分値（ΔＶｂ）が所定値以上のとき、ステージ変化の発生を検出する。

４）上記１～３において、満充電容量算出部（３６）は、満充電容量Ｃを「満充電容量Ｃ＝充電電流積算量Ｙ－放電電流積算量Ｚ＋蓄電量Ｘ」として算出する。

以上、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本開示の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１０ バッテリ、１１ 単電池（セル）、１５ 電流センサ、１６ 温度センサ、１７ 電圧センサ、１８ 電池監視ユニット、２０ バッテリパック、２１ａ、２１ｂ システムメインリレー、２２ 昇圧コンバータ、２３ インバータ、２５ モータジェネレータ、２６ 伝達ギヤ、２７ 駆動輪、２８ 充電器、２９ａ、２９ｂ 充電リレー、３０ 制御装置、３１ 制御部、３２ 記憶部、３３ ステージ変化検出部、３４ 放電電流積算部、３５ 充電電流積算部、３６ 満充電容量算出部、４０ 外部電源、４５ 充電ケーブル、５０ 表示部、１００ 電動車両。

Claims (3)

1. 蓄電率に対する開放端電圧の変化率が所定値以下であるフラット領域を有するＳＯＣ－ＯＣＶ特性を有する二次電池の制御装置であって、
   前記二次電池の使用態様は、前記二次電池に蓄えられた電力を消費する消費モードと前記二次電池を充電する充電モードを含み、
   前記制御装置は、
   前記二次電池の使用態様が前記消費モードのとき、前記二次電池の電圧変化が急峻になるステージ変化の発生を検出するステージ変化検出部と、
   前記二次電池の前記ステージ変化時における蓄電量を記憶する記憶部と、
   前記ステージ変化検出部で前記ステージ変化を検出した時点から前記消費モードが終了するまでの間、前記二次電池から放電される電流を積算する放電電流積算部と、
   前記充電モードにおいて、前記二次電池の充電開始時から前記二次電池が満充電になるまでの間、前記二次電池に充電される電流を積算する充電電流積算部と、
   前記記憶部に記憶された前記蓄電量、前記放電電流積算部で積算された放電電流積算量、および、前記充電電流積算部で積算された充電電流積算量に基づいて、前記二次電池の満充電容量を算出する満充電容量算出部と、を備える、二次電池の制御装置。
2. 前記記憶部に記憶された前記蓄電量をＸ［Ａｈ］、前記放電電流積算部で積算された放電電流積算量をＺ［Ａｈ］、前記充電電流積算部で積算された充電電流積算量をＹ［Ａｈ」としたとき、
   前記満充電容量算出部は、前記二次電池の満充電容量Ｃ［Ａｈ］を「Ｃ＝Ｙ－Ｚ＋Ｘ」として算出する、請求項１に記載の二次電池の制御装置。
3. 蓄電率に対する開放端電圧の変化率が所定値以下であるフラット領域を有するＳＯＣ－ＯＣＶ特性を有する二次電池の満充電容量推定方法であって、
   前記二次電池の使用態様は、前記二次電池に蓄えられた電力を消費する消費モードと前記二次電池を充電する充電モードを含み、
   前記満充電容量推定方法は、
   前記消費モードのとき、前記二次電池の電圧変化が急峻になるステージ変化が発生したときから前記消費モードが終了するまでの間に前記二次電池から放電される電流の積算値である放電電流積算量を取得するステップと、
   前記充電モードにおいて、前記二次電池の充電を開始したときから前記二次電池が満充電になるまでの間に前記二次電池に充電される電流の積算値である充電電流積算量を取得するステップと、
   前記ステージ変化が発生したときの前記二次電池の蓄電量と前記放電電流積算量と前記充電電流積算量とに基づいて、前記二次電池の満充電容量を算出するステップとを含む、二次電池の満充電容量推定方法。

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